2.1 放大器的组成及工作原理

●

什么是放大?●

组成放大电路的原则是什么?●

晶体管的三种基本放大电路各有何特点?●

场效应管放大电路与晶体管放大电路有何不同之处?●

在不同场合下，应如何选用基本放大电路?第二章

放大器基础§2.1放大器的组成及工作原理1.

放大器的功能及组成一、放大的概念：声音

放大电路

声

音话

简

扬声器图2.1.1

扩音机示意图由分析可知：放大电路的放大本质是能量的控制和转换放

大：在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因

此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。这样在放大电路中必须存在能

够控制能量的元件，即有源元件。如晶体管和场效应管等。二、放大器的功能：放大器的主要功能是放大信号，即将微弱的电信号(电压、电流或功率)通过电子器件的控制作用，将直流电源功率转换成一定幅度

的、随输入信号变化的输出信号。直流电源及相应的偏置电路图2.1.2放大器的基本组成输入信号源RsVs三、放大器的组成：半导体器件输出负载RL图2.1.2'共发射极基本放大器2共发射极放大器组成：晶体管、基极直流电源V、基极电阻Rg、集电极直流电源Vc、集电极电阻Rc、耦合电容C。工作原理：输入回路加入信号AV,时，VB变为Vg+AV/,Ig

变为Ig+AIg;通过晶体管将基极电流放大h

倍，Ic变为Ic+∠Ic,V₀变为V₀+AV₀;只要适当的选取Rc的大小，就可以使AV₀比

AV;大很多倍电容C是耦合电容并起隔直作用。所以在

输出端只存在变化的电

压AV。结论：在输入回路加入一个能量微小的信号，通过基极电流的改变量去控制集电极电流，从而将直流电源Vcc

所提供的能量转化为与输入

信号变化规律相同而能量较大的输出信号传给负载。图2.1.2'共发射极基本放大器△V₁3

放大器的性能指标任何一个放大电路均可表示为有源线性四端网络。左边为输入端口。当内阻为Rs的正弦波信号源Vs作用时，放大电路得到输入电压V,

同时产生输入电流I。右边为输出端口，输出电压V。,

同时产生输出电流I

。,R₁为负载电阻。图2.1.4

放大器的双口网络模型一、放大倍数电压放大倍数：

电流放大倍数：

电流对电压放大倍数：

电压对电流放大倍数：

二、输入电阻RR是从放大电路输入端看进去的等效电阻。

R,不是一个实际电阻，而是一个等效的视在电阻。对信号源而言，

R可视为它的负载。三

、输出电阻R。从放大电路输出端看进去的等效内阻称为输出电阻。图2.1.5

放大器示意图输出电阻R。的求法：在放大器输入端施加一正弦信号电压，在放大不失真的情况下，分别测出负载开路的输出电压和带上负载的输出电压，可求得输出电阻。具体求法如下。未接负载时测得输出电压：V。=V。接入负载时测得输出电压：V。

并有回路电流R。越小，负载电阻变化时输出电压的变化越小。称为放大电路

的带负载能力越强。图2.1.6

放大器的输出等效电路图2.1.7

两个放大器相连接的等效电路当两个放大电路互相连接时，放大电路Ⅱ的输入电阻R。是放大电路I

的输出电阻，而放大电路

I

可看成放大电路Ⅱ的信号源；

内阻就是放大

电路

I

输出电阻R。。

因此，输入电阻和输出电阻均会直接影响或间接地

影响放大电路的放大能力。输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时所产生的影响而引入的参数。如图2.1.7所示。四、通频带通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。图2.1.8所示为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线。下限截止频率f,;上限截止频率fμ。通频带(中频带)fgw。通频带越宽，表明放大电路对不同频率的适应能力越强。图2.1.8

放大器的幅频特性五、非线性失真系数非线性失真系数是衡量放大器非线性失真程度的指标。用作图的方法定量的分析放大器的基本性能称为放大器的图解分析法。重要特点：交流和直流共存于电路之中。放大器的图解分析法：1、先找出直流分量(确定静态工作点)。2、

确定交流分量(给出各电流、电压波形)。在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则，求解静态工作点时应利用直流通路，

求解动态参数时应利用交流通路。

两种通路

切不可混淆。§2.2

放大器的图解分析法1.直流通路和交流通路对放大器进行分析时，可分成直流通路和交流通路。直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的路径。直流通路可确定出晶体管的静态工作点。对于直流通路：1、

电容视为开路；2、

电感线圈视为短路，即忽略线圈电阻；3、信号源视为短路，但应保留其内阻。交流通路是在输入信号作用下交流信号流经的路径。交流通路可分析电路中各交流信号的关系，并可以用公式表示出放大器的性能指标。对于交流通路：1、容量大的电容(耦合电容)视为短路；2、

无内阻的直流电源(如+Vcc)视为短路；由图2.2.1画出其直流通路和交流通路。图2.2.1

共发射极基本放大器直流通路交流通路AV₀例1:单管放大电路，绘出其直流通路和交流通路。共发射极放大电路(b)

交流通路(a)

直流通路例

2:阻容耦合放大电路，绘出其交直流通路。阻容耦合共发射极放大电路(b)

交流通路(a)

直流通路2.

用图解法确定静态工作点(直流分析)静态工作状态：没有输入信号时，放大器所处的状态，如图2.2.2所示。在未加JV,时，输入回路由于静态工作点对放大器的放大倍数、失真和管耗都有影响，所以，分析静态工作点的目的就在于选择合适的静态工作点，使放大器工作在较佳的状态。根据基尔霍夫定理可列方程：输入回路：Vgμ=VB-I₂R₂输出回路：

Vce=Vcc-lcRc图2.2.2'共发射极基本放大器AV₀通过Ig

、VgE

、I

、Vcr

来确定静态工作点。解决VBEo

、IBo

、VcEo

、Ico值的问题。已知晶体三极管的输入和输出特性曲线如2.2.3所示。图2.2.3输入、输出特性曲线令：Ig=0

时，

VBE=VBBVg=0

时，

Ig=VBB/R。在输入特性曲线上作直线(负载线)负载线与输入特性曲线的交点Q即为输入回路的静态工作点。Q

点坐标VpEφ和I₀

分别为晶体管静态时的发射极电压和基极电流。输入回路方程：

Vg=Vʙ

¹gRg,

此式代表一直线—负载线，

其斜率：-1/Rg。图2.2.4输入回路图解VBB/Rg输出回路方程：

Vcr=Vcc-IcRc此式为输出回路的负载线方程，其斜率：

-I/Rc。令：

Ic=0

时，

Vcg=VccVcg=0时，

Ie=Vcc/Rc在输出特性曲线上作直线(负载线)负载线与Ig一条输出特性曲线的交点Q

即为输出回路的静态工作点。Q点对应的坐标Vcxφ和Ico分别为晶

体管静态时的集电极—发射极电压和集

电极电流。图2.2.5

输出回路图解3.

用图解法分析动态工作情况(交流分析)在图2.2.6电路的输入回路中，接入一个输入信号电压AV,,

则有：VsB+△V,=(Ig+△lg)Rg+(VE+△V)VE+△VE=(Vp+△V)-(Ig+△l

。)R。输入回路方程为：Vg=(V…+

△V)-igR令：ig=0VE

=VB+△V,VE=0图2.2.6'共发射极基本放大器下在输入特性曲线上负载线。负载线与输入特性曲线交点Q’即为输入回路的静态工作点。图中Q’点坐标Vgp+AVBE和I+I

分别为晶体管加入信号电压AV,时后的发射极电压和

基极电流。输入回路方程为：

Vg=(VR+△V)-igRVg+△V=(V+△V,)-(Ig+N)R令：

ig=0

VE

=V+△VVE+

AVBE图2.2.7输入回路图解Vg

=0此时：

Vcr=VcE+AVcEic=lc+△Ic若IV,负值，则输出回

路的工作点将从Q点沿负载

线下移。若输入信号为一正弦电压，则同样可按上述方

法进行图解分析。输出回路负载线方程：

Vcp=Vcc-IcRc基极电流由Ig变为Ig+AIg,所以，应由Ig+AI₂即ig的输入特性曲线与输

出回路的负载线的交点Q’来确定其工作状态。图2.2.8输出回路图解Vcc

Vce(V)Ic+AIc若输入信号为一正弦电压，则分析图如2.2.9图所示图2.2.9

输入回路图解作负载线(1)根据v;在输入特性上绘出ig的波形。BEQ图2.2.10由输入特性上绘出ig的波形图2.2.11由输出特性上绘出ic的vcg的波形(2)根据ig的摆动范围绘出ic的vcg的波形。(3)各极电流、电压波形的特点和相位关系。如图2.2.6所示的基本放大电路中，静态时Igg、Ico、Vceg如图2.2.13中虚线所标注。当有输入电压v;时，基极电流是在直流分量Ig的基础上叠加一正弦交流电流i,,因而

基极总电流ig=Ig+i,,见图中实线波形。同理可得：ic=lco+i;因为ic=hig,所以：ic=Ico+hgig;图2.2.13ig和ic波形分析图2.2.12

V;的波形电路的实际电压和电流是静态值与动态值之“和”。图2.2.13ig和ic波形分析图2.2.14ig和ic波形分析tt4、用图解法分析放大器的非线性失真由晶体管的非线性引起的波形失真，称为非线性失真。原因：(1)晶体管的非线性；(2)静态工作点的位置；(3)输入信号的大小。在放大